本文選題：風(fēng)力發(fā)電機(jī) + 葉尖速比　； 參考：《東北大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：世界范圍內(nèi)的能源緊缺和環(huán)境惡化促進(jìn)了風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的快速發(fā)展。變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于可以在較大范圍內(nèi)改變轉(zhuǎn)速,跟隨風(fēng)速變化,保持最佳葉尖速比,實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲,因而成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。工業(yè)現(xiàn)場較多采用的查表法或PI控制不能取得滿意的控制效果,現(xiàn)有的非線性方法算法復(fù)雜,計(jì)算量大,難以在實(shí)際工業(yè)中實(shí)現(xiàn)。目前對能夠支持高級控制算法驗(yàn)證的風(fēng)力發(fā)電機(jī)仿真平臺的研究還較少。因此對風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速控制系統(tǒng)的研究具有重要的理論意義和使用價(jià)值。本文以保持最佳葉尖速比為控制目標(biāo),提出了改進(jìn)的虛擬未建模動態(tài)驅(qū)動的PI控制方法,開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速控制軟件仿真平臺和半實(shí)物仿真平臺,對所提方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,說明了算法的有效性。所進(jìn)行的主要研究工作有：(1)針對風(fēng)力發(fā)電機(jī)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)不確定性、強(qiáng)擾動和強(qiáng)非線性的特點(diǎn),提出虛擬未建模動態(tài)驅(qū)動的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉尖速比PI控制算法,該算法由PI控制器,虛擬未建模動態(tài)估計(jì)及補(bǔ)償器,前饋補(bǔ)償器和濾波器構(gòu)成,能夠削弱風(fēng)速擾動及虛擬未建模動態(tài)對控制效果的影響,提高系統(tǒng)跟蹤性能,具有簡單易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。與一種狀態(tài)反饋非線性控制方法的仿真對比實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了所提算法的有效性。(2)為將虛擬未建模動態(tài)驅(qū)動的PI控制方法應(yīng)用于真實(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組,給出了實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用系數(shù)與葉尖速比函數(shù)關(guān)系擬合方法,解決了機(jī)理模型的不確定性。(3)針對風(fēng)速計(jì)存在較大測量偏差的問題,以風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身作為風(fēng)速測量裝置,設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波器和Newton-Raphson算法的風(fēng)速估計(jì)器對風(fēng)速進(jìn)行估計(jì),以該風(fēng)速估計(jì)值計(jì)算參考轉(zhuǎn)速可以提高系統(tǒng)風(fēng)能捕獲能力,同時以其作為前饋輸入來提高系統(tǒng)抗擾動性能。(4)為驗(yàn)證算法性能,設(shè)計(jì)開發(fā)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)變速控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真平臺,采用了真實(shí)的工業(yè)控制器,由虛擬風(fēng)力發(fā)電機(jī)模塊、通信接口模塊、信號處理模塊、控制器模塊、實(shí)時數(shù)據(jù)監(jiān)視模塊等組成,具備Simulink編程接口,為風(fēng)力發(fā)電機(jī)高級控制算法的工業(yè)可實(shí)現(xiàn)性提供了實(shí)驗(yàn)平臺。在上述實(shí)驗(yàn)平臺上完成了本文所提方法的仿真實(shí)驗(yàn)并與采用相同控制參數(shù)的PI控制方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)對比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明本文所提方法跟蹤性能強(qiáng),控制效果好。仿真實(shí)驗(yàn)過程同時說明了本文方法算法簡單,易于在實(shí)際工業(yè)中實(shí)現(xiàn)。
[Abstract]:Worldwide energy shortage and environmental degradation promote the rapid development of wind power industry. Variable speed wind turbine can change the speed of wind in a large range, follow the change of wind speed, keep the best blade tip speed ratio, and realize the maximum wind energy capture, so it has become a research hotspot in the field of wind turbine control. Most of the methods used in industrial field, such as look-up table method or Pi control, can not obtain satisfactory control effect. The existing nonlinear methods are complex and computationally difficult to be realized in actual industry. At present, there are few researches on wind turbine simulation platform which can support the verification of advanced control algorithm. Therefore, the research on variable speed control system of wind turbine has important theoretical significance and practical value. In this paper, an improved Pi control method based on virtual unmodeled dynamic driving is proposed to keep the optimal blade tip speed ratio as the control target. The simulation platform of wind-turbine variable speed control software and the hardware-in-the-loop simulation platform are developed. Experimental results show that the proposed method is effective. The main research works are as follows: (1) aiming at the characteristics of model structure and parameter uncertainty, strong disturbance and strong nonlinearity of wind turbine, a virtual unmodeled dynamic driven wind turbine tip speed ratio Pi control algorithm is proposed. The algorithm is composed of Pi controller, virtual unmodeled dynamic estimator and compensator, feedforward compensator and filter. It can weaken the influence of wind speed disturbance and virtual unmodeled dynamic on the control effect and improve the tracking performance of the system. It is simple and easy to realize. Compared with a state feedback nonlinear control method, the simulation results show that the proposed algorithm is effective. (2) in order to apply the virtual unmodeled dynamic Pi control method to the real wind turbine, The fitting method of wind energy utilization coefficient and blade tip ratio function of actual wind turbine is given, and the uncertainty of mechanism model is solved. (3) aiming at the problem of large measurement deviation of anemometer, the wind turbine itself is used as wind speed measuring device. A wind speed estimator based on Kalman filter and Newton-Raphson algorithm is designed to estimate the wind speed. At the same time, it is used as feedforward input to improve the anti-disturbance performance of the system. (4) in order to verify the performance of the algorithm, a hardware-in-the-loop simulation platform for wind turbine variable speed control system is designed and developed. The communication interface module, the signal processing module, the controller module, the real-time data monitoring module and so on, have the Simulink programming interface, has provided the experimental platform for the wind turbine advanced control algorithm industrial realizability. The simulation experiment of the proposed method is completed on the above experimental platform and compared with the Pi control method with the same control parameters. The experimental results show that the proposed method has good tracking performance and good control effect. The simulation results also show that the method is simple and easy to be implemented in practical industry.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM315

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)[J];發(fā)明與革新;2001年05期

2 閆合香;高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)[J];機(jī)械與電子;2001年05期

3 陳松利 ,田德,王海寬,辛海升;200W濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用[J];農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化;2001年03期

4 陳松利,王海寬,辛海升,韓巧麗;200W濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)抗臺風(fēng)塔架的設(shè)計(jì)[J];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年04期

5 劉樺;高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)[J];微電機(jī)(伺服技術(shù));2001年03期

6 明濤;高效風(fēng)力發(fā)電機(jī)問世[J];機(jī)械工程師;2002年03期

7 ;阿根廷推出新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)[J];上海大中型電機(jī);2002年04期

8 楊小林,范磊,李海峰;300kW可變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研制[J];大電機(jī)技術(shù);2002年05期

9 馬鵬飛;小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)使用知識[J];可再生能源;2003年02期

10 ;阿根廷推出新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)[J];福建電力與電工;2003年01期

相關(guān)會議論文 前10條

1 侯書紅;張新燕;;利用面向方框圖的仿真方法對風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行仿真[A];'2000系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2000年

2 周俊旭;張林文;鄒宇知;;大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片研制探索[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

3 周俊旭;張林文;鄒宇知;;大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片研制探索[A];第十五屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

4 田德;王海寬;韓巧麗;;濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究與進(jìn)展[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會第七次全國會員代表大會及學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

5 田德;王海寬;韓巧麗;;濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究與進(jìn)展[A];中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會第七次會員代表大會論文集[C];2004年

6 田德;王海寬;韓巧麗;;300W濃縮風(fēng)能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性分析[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集第一分冊[C];2005年

7 俞紅鷹;;中國小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)回顧與展望[A];農(nóng)業(yè)機(jī)械化與新農(nóng)村建設(shè)——中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2006年

8 周俊旭;張林文;鄒宇知;;大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)復(fù)合材料葉片研制探索[A];第十五屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

9 李丹;張義軍;呂偉濤;;風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片姿態(tài)與雷擊概率關(guān)系的模擬分析[A];S13 第十屆防雷減災(zāi)論壇——雷電災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)評估[C];2012年

10 吳亞飛;;淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維修與保養(yǎng)[A];中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)協(xié)會風(fēng)能設(shè)備分會2012年度論文集（上）[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 季紅兵邋玉濤;戚機(jī)廠試制成功風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N];常州日報(bào);2007年

2 黃宣傳;黃石一退休高工造出風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N];湖北日報(bào);2007年

3 宋亞平 王雪杉 記者　 薛秀穎;哈電領(lǐng)軍國內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N];哈爾濱日報(bào);2006年

4 本報(bào)記者 原子 實(shí)習(xí)生 王太剛;一種家用風(fēng)力發(fā)電機(jī)在黃石“懷胎”[N];黃石日報(bào);2007年

5 常思哲;渾南將建風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)基地[N];沈陽日報(bào);2007年

6 熊兆蓉;德國風(fēng)力發(fā)電“風(fēng)險(xiǎn)”引起關(guān)注[N];中國信息報(bào);2007年

7 本報(bào)記者 應(yīng)尤佳;江特電機(jī)合營風(fēng)力發(fā)電機(jī)[N];上海證券報(bào);2008年

8 黃啟艷;中山造“家庭風(fēng)力發(fā)電機(jī)”拿到首張訂單[N];中山日報(bào);2008年

9 記者 毛慶邋通訊員 趙敬翔;南京首個風(fēng)力發(fā)電機(jī)項(xiàng)目落戶溧水[N];南京日報(bào);2008年

10 本報(bào)記者 嚴(yán)丹;北海風(fēng)力發(fā)電機(jī)正式并網(wǎng)發(fā)電[N];北海日報(bào);2009年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王建宏;風(fēng)力發(fā)電機(jī)的柔性多體動力學(xué)研究[D];重慶大學(xué);2009年

2 白\訝，

本文編號：2073288